2 实验分析

2.1合金化层显微硬度分析

表面硬度的提高有利于提高材料的抗磨损性能。图1是40Cr经激光合金化处理后处理层的显微硬度分布曲线。工艺参数为：预涂合金粉厚度为0．4mm，激光功率2kW，激光扫描速度300mm／min，单道扫描。由图1可知，试样激光处理最表层硬度达HV876，处理层显微硬度由表及里呈梯度下降，表明激光合金化处理后，显微硬度大幅度提高。

激光热处理后的马氏体具有更高的位错。由于马氏体本身硬度的提高，马氏体细化以及很高的位错密度，激光相变后的马氏体具有较高的硬度。

在激光能量密度足以使表面熔化的前提下，随着激光扫描速度的增加，合金化层和热影响区的硬度都明显增加。当扫描速度增加到某一值时，表面温度不足以使材料熔化，表面没有生成高硬树枝晶，而热影响区的温度仍足以保证相变硬化。

2.2 合金化层耐磨损试验

采用相对耐磨性的方法来评定材料的耐磨性，在一定程度上可以避免在磨损过程中由于参量变化及测量误差造成的系统误差，可以更科学而精确地评定材料的磨损性能。用精度为十万分之一的电子天平来测量磨损前后的质量变化，对磨损量进行精确测定，每次称量前试样均用丙酮清洗。

为分析激光合金化螺杆的耐磨性能，进行了盘销式磨损对比试验，标准试样取自未经激光处理的部分，试验试样取自经激光合金化处理的部分。磨损对比试验结果如及表2所示。

由表2可知，激光合金化后螺杆的相对磨损性ε相为0．449，即耐磨性比渗氮处理增强了2．2倍，从而可延长其使用寿命。

经观察，激光合金化处理后的磨损面，一些硬质相如WC，MC的存在，犁皱较窄，陶瓷相WC是主要的抗磨相，对合金化层的耐磨性有很大贡献。一Co在发生塑性变形时，可以引起面心立方向密排六方马氏体转变，密排六方具有较小的摩擦系数与较小的粘着倾向性，对提高粘着磨损有利，反应在磨面上是均匀的、细腻的。基体金属的磨面，犁皱宽大，磨削

除向沟槽边沿挤压外，还有相当一部分被拖泄下来，甚至还发现有鳞片状的尚未剥落的大块折皱，说明磨损过程中次表面发生了较大的弹塑性变形。

3 结论

(1)40Cr的主要失效方式是粘着磨损和腐蚀磨损，激光合金化是改善螺杆表面质量、提高耐磨性的有效方法。

(2)合金材料的添加方式为预涂法，预涂层的厚度对激光合金化质量的影响较大。当预涂层厚度为0.4mm时，表面硬度最高可达HV876，此时激光合金化效果最佳。

(3)利用C2超细合金粉(1～5μm)和具有良好的抗粘着磨损的Al超细合金粉(1～μxm)及纳米碳管混合合金(质量比为1：1：1)作为合金材料，使合金化层合金元素得以高度弥散均匀分布，采用优化的激光工艺参数，在工件表面获得了优良的合金化层，合金层的耐磨性提高了2．2倍左右。现场装机试验结果表明，经激光合金化强化后的螺杆使用寿命至少提高了2倍以上。